水廠輸水管道設計與施工技術分析

摘要：本文對原水輸水管道的設計方法及相關問題進行了分析和討論，對輸水管道的施工技術也進行了闡述。

關鍵詞：原水輸水管道；設計；施工技術

水廠的輸水管道分為兩種：一種是由水源至水廠的原水輸水管道，另一種是水廠向城市管網供水的清水輸水管道。本文主要討論原水輸水管道的設計與施工技術，清水輸水管道的設計與施工原理基本相同。輸水管道的設計主要解決以下幾個問題：一是管道滲漏要少。在水資源日益緊張的今天，減少滲漏是節約水資源的最有效方式之一。二是管道水力條件要好，以利于節能。節能減排是貫徹可持續發展戰略的重要措施。三是運行安全可靠。供水工程是重大民生工程，關系到城鄉人民的生活和生產，所以必須保證輸水安全可靠。四是投資要省，即管道經濟效益要好。輸水管道設計不僅要技術合理，還應經濟可行，所以經濟因素也是必須要考慮的。下面就輸水管道設計與施工技術展開分析和討論。

1 輸水管道設計方法與相關問題

1.1 流量設計與輸水方式

按照《城鎮供水長距離輸水管（渠）道工程技術規程》（CECS 193：2005）規定，原水設計流量以凈水廠最高日平均供水量、輸水管道漏失水量和凈水廠自用水量之和確定，若設計流量中還包含消防給水功能，則還應再加上消防用水量。輸水方式包括無壓重力輸水、有壓重力輸水、加壓輸水、重力與加壓組合輸水等方式。一般條件許可且有可利用的水位高差時，應優先考慮重力流輸水。進行遠距離輸水且受地形限制時，多采用重力與加壓組合方式輸水。

1.2 管線選擇與管道定線

管線選擇既涉及技術經濟問題，也與城市建設發展規劃相聯系，需要考慮的因素非常多。一般應先在地形圖上初選幾種方案，然后通過現場踏勘了解，再綜合各方面的情況而定。考慮經濟性原則，應盡量縮短線路，減少拆遷和少占農田。為便于施工和維護，應盡量沿現有道路定線。出于減少相互干擾和提高線路安全性考慮，應避免與鐵路、公路、河流等交叉，并避開不良地質作用區域，如滑坡、泥石流、斷裂帶等區域。此外，還應考慮分期實施的可能，近期方案應結合遠期規劃[1]。同時，應吸取相關工程的經驗和教訓，通過充分調研和協調來確保線路的可實施性，并在線路確定后及時與相關部門磋商，使方案最終形成制度性文件，以避免工程實施過程中的頻繁改線，以致影響了工程工期和增加了投資[2]。

1.3管道條數與管徑確定

為保證供水可靠性，輸水管道條數不宜少于2條，多數情況下選擇2條管道。當有多個供水水源且安全保障措施足夠時，也可選擇1條管道加上調節水池的方案。選擇管徑主要考慮兩方面因素：一是水利條件要好，即管道流速不宜太高，通常不超過3m/s；二是為防止水中泥沙、懸浮物沉積，流速不宜低于0.6m/s。一般采用公式 （m）計算，其中 為流量（m3/s）， 為圓周率， 為流速（m/s）。計算結果應規整到管徑標準系列。

1.4 管材種類與選用

常用管材性能的比較結果見表1。由表1可見，不同管材各有優劣，應結合工程實際情況，從技術、經濟、工期、維護、安全可靠等多方面綜合比較后確定。一般可不限于一種管材，例如某工程選用了鋼管、球墨鑄鐵管和玻璃纖維夾砂管三種管材，鋼管用于魚塘、河道段，因鋼管便于頂管施工；球墨鑄鐵管用于地質較好、施工方便的地段，玻璃纖維夾砂管用于其他地段。

1.5 管道設計中的技術與安全措施

管道設計時，雖然已盡量避免與鐵路、公路、河流等交叉，然而要完全避免是很難做到的，有些地段必須交叉，這就需要考慮交叉通過的問題。管線通過河道方式有倒虹管和管橋兩種方式，當河道有通航、景觀要求時應采用倒虹管；沒有這方面要求可采用管橋方式，便于運行維護。管線穿過繁忙公路施工一般采用頂管技術。穿越電力隧道、高壓燃氣管道、鐵路時可采用箱涵方式。

水錘是影響輸水系統安全運行的重要因素。在水泵啟停、閥門突然關閉等情況下，輸水管道中膝點等凸起部位的壓力會降低到汽化壓力以下，使水汽化并形成水柱分離現象，接著正壓波通過又使汽化的水重新凝結，氣泡破滅使分離的水柱相互撞擊，水壓力隨之迅速升高，而造成管道破壞[3]。一般水泵正常的啟動、關閉引起的水錘能量不大，而事故斷電引起的水錘沖擊能量較大，不能忽視。防止水錘危害的措施有加大泵組轉動慣量、設空氣壓力罐、設空氣閥、設調壓塔等措施。加大泵組轉動慣量和設空氣壓力罐投資較大，運行維護不易，一般較少采用。設空氣閥較為簡單，可用于防止低壓水錘，應設置在膝點等凸起部位，但受制造水平等因素影響，效果不完全可靠。調壓塔有雙向塔和單向塔之分，雙向塔技術復雜，投資也大，應用也不多。單向塔安裝在泵后的輸水管道上，通過安裝止回閥的短管與主管道連接，用于防止高壓水錘效果較好。為防止由于閥門突然關閉引起水錘，可采用蓄能液壓緩閉閥門。

為便于維修，管線低洼處應增設泄水閥和泄水管。雙線布置的管道，一定位置上應設置聯通管和閥門，確保事故流量不小于設計流量的70%。

2 輸水管道施工技術

管道施工方法包括開槽和不開槽兩種方法。不開槽施工由于施工費用較高，多數情況下還是采用開槽施工方法。

開槽施工前，要在施工現場進行測量放線，地下水位高的地段還要進行降排水。由于地下常有水、電、氣等各類管道，還可能有暗浜、暗穴等，所以要做好調查研究和勘察工作，并對照施工圖紙在現場核實。開挖方法有人工開挖和機械開挖兩種，后者開挖效率較高，只要條件允許盡量采用這種方法。由于不同地區地質特點不一樣，地基處理方式也有差異。例如某工程處于軟土地區，在淤泥地段的地基承載力不足40kPa，需要采用換土加筋方式處理。開挖前先在管道兩側位置打入鋼板樁，然后挖至管底一定深度擠入石塊，再鋪上一層粗砂。而在地質條件較好地段，地基承載力超過40kPa時，可放坡開挖，坑底墊石塊、中粗砂。為保證施工安全，必須嚴控放坡角度，并采取先支護后開挖的方法，防止邊坡垮塌。

挖好溝槽，經檢驗合格，開始管道安裝。安裝分下管、排管、穩管、接口、回填等工序。大口徑輸水管道一般采用機械下管、排管和穩管。其中接口是關鍵工序，管材不同安裝方式也不一樣。以PCCP管道安裝為例，下管前管子吊離地面后，清理插口凹槽，套入涂滿潤滑劑的密封圈。膠圈放置妥當后，吊機下管，插口管與承口管平行對中，用導鏈從管線方向拉動就位。以經緯儀調整檢查管軸線，以水準儀定標高。準確無誤后，以管道墊層材料穩固管道，然后卸去導鏈和千斤頂，接下來安裝后續管道。每安裝完一段管子，都要對接頭進行打壓試驗，即按要求入水、排氣、密封，保持規定壓力5min無明顯壓降即為合格，可進行下一段管子安裝。打壓合格還需灌漿封堵接頭。管道安裝完畢，靜水試壓，按設計要求逐級升壓至試驗壓力，保壓24h以上，無滲漏、破損，且補水量不超過規定值，即為合格。

3 結語

水廠輸水管道工程，是保證城市供水安全、改善居民生活質量、促進經濟發展、保障社會和諧穩定的重要民生工程，設計與施工技術關乎工程質量、工期和效益，必須做好、做到位。本文對相關內容和問題進行分析和討論，供同類工程參考和借鑒。

參考文獻：

[1] 趙輝. 水廠長距離原水輸水工程設計[J]. 建筑知識：學術刊，2012，（8）：22-23.

[2] 楊志峰. 杭州蕭山長距離大口徑輸水管道設計總結[J]. 給水排水，2012，38（4）：113-116.

[3] 張小平. 為防止水錘現象長距離輸水系統設計[J]. 中國水運，2012，12（10）：163，177.

作者簡介：

許媛，女（1987—），廣東羅定人，畢業于仲愷農業工程學院，環境工程專業，給排水助理工程師，主要從事給水工程管理工作。